1 背景调查及设置消防灭火系统的必要性
随着风电行业的迅猛发展,风电机组的火灾事故越来越多。火灾不仅会对风机带来毁灭性的破坏,如果连带点燃风机附近的草场或者林场,将会带来更大的社会风险;目前风力发电行业在国内乃至国外都属于新兴产业,现在国内的风机大多只在风机机舱内和塔筒底部摆放几个手提干粉灭火器;这些简易的消防装置在突如其来发生的火灾面前,几乎成了完全没有用的摆设;因此需要提高风电机组的火灾防范水平是迫不及待的事情。
风力发电机组多安装在偏远的山区,可进入性差,且往往安装在距离地面几十米甚至上百米的高空,一旦发生火灾,在地面进行灭火显得不切实际。价值成百上千万的风机被烧毁,风场的投资回报也被大打折扣。
根据国外的火灾事故统计,风机机舱内的着火点有控制柜、电容柜、发电机、变桨系统、加热器、刹车系统等等。由于国内的风电行业发展过于迅速,许多容易引起火灾的器件质量远不如国外的同类产品;与此同时,许多风电主机厂迫于国内风电行业的发展政策,在市场低价恶性竞争的情况下,明知风机的火灾风险很高,却不能采用有效的自动消防系统;这直接导致了国内风机的火灾事故更加多样性:例如接线盒着火、刹车盘引起火灾(齿轮箱漏油)、变流柜着火、主控制柜电气元件着火等等;随着风机服务年限的增加,目前此类事故发生的频率越来越高。
2 风机火灾隐患分析
根据欧美国家相关组织的统计,风机着火重点部位有以下几点分析:
2.1 机舱位置火灾隐患分析
隐患部位:润滑散热系统、齿轮箱、刹车系统、机舱底座、传输电缆线槽、控制柜、变流柜等部位容易引发火灾。
火灾原因:高温运行、通风不良、电气元件质量不过关、电气元件过热老化、润滑油泄露、高速制动、人员操作不当和极端恶劣气候条件等。
重点火灾隐患部位:控制柜、并网柜、变流柜、刹车盘附件、电机接线盒。
2.2 叶片和轮毂火灾隐患分析
隐患部位:叶片、轮毂润滑系统、变桨电机与变桨控制系统。
火灾原因:叶片遭受雷击、变桨电机超负荷运行、变桨控制系统元件质量不过关、电气元件过热老化击穿和电池/电容发生短路等。
重点火灾隐患部位:叶片、变桨系统的电池柜\电容柜。
2.3 塔基和塔筒部分火灾隐患分析
隐患部位:传输控制电缆、变频柜、塔基控制柜、等设施。
火灾原因:控制柜空间狭小、通风不良、电气元件过热老化击穿,电缆过流绝缘降低。
重点火灾隐患部位:塔基控制柜、变频柜。
3 风电机组消防灭火技术方案
风电机组内部存在遮挡并且着火部位及着火原因复杂(电气短路、拉弧、机械刹车、油料着火等),因此全部采用局部气体全淹没灭火方式更加安全可靠。此次方案中采用探火管式灭火装置来实现风机内部火灾自动探测、报警反馈及自动灭火的功能。
探火管式灭火装置是一套结构简单、低成本且高度可靠的独立自动灭火系统,它无需任何电源,无需专门的烟、温感探测器,无需复杂的设备及管线,利用自身储压,依靠一根经充压的探火管及一套瓶组就能快速、准确、有效地探测及扑灭火源。集报警和灭火于一体,将火患扑灭在最初阶段。可大幅度降低工程的造价。
3.1 探火管式灭火装置工作原理
探火管灭火装置由灭火剂贮存容器、容器阀、自动探火及输送灭火药剂的探火管、压力表、信号反馈装置等部件组成。探火管通过容器阀直接连接在灭火剂贮存容器上,管内充装规定压力的氮气,容器阀为差压式结构,通过探火管内压力和灭火剂贮存容器内压力使其处于关闭状态。遇火时,探火管在感温最高处(设定温度为170±10℃)软化爆破,探火管内气体通过爆破口泄放,容器阀初始平衡状态被破坏,在灭火剂贮存容器内的压力作用下,容器阀被开启,灭火剂通过探火管的爆破口直接对着火源进行喷放来达到快速灭火效果,同时通过压力信号反馈装置向控制器发出系统动作信号。
3.2 该方案突出优点:
◆集探测与灭火为一体,无需专门的烟温感等探测器联动;
◆灭火速度快,灭火剂直接通过爆破口喷放到着火点,可迅速扑灭初期火灾,有效降低损失;
◆装置无需电源,不因油、灰尘、烟的影响而导致探火功能的减弱及误报的发生,不受电磁、湿热、粉尘等干扰,对各类电器设备的保护安全可靠;
◆探火管具有柔性,可方便布置在各类狭小或复杂空间中;
◆设计简单,安装简便,不过多占用空间;
◆直接针对保护区内着火对象进行局部灭火,避免全淹没系统大范围喷放造成的浪费及次生损失;
◆该装置采用七氟丙烷气体灭火剂,在正常设计浓度范围内,对人员相对安全,且不会产生二次污染的残留物;
◆最适合无人值守而需重点保护的设备和场所;
3.3 具体实施方案
3.3.1塔基与变流器区域配置方案
探火管在变流器柜与塔基控制柜内部呈S形敷设,靠近易于发生火患的部位的正上方,距离不应大于600mm,探火管的弯曲半径不宜小于其外径的15倍,探火管之间的距离不应大于1.0米。灭火剂存储容器上装有压力表,通常灭火剂储存容器挂在柜体侧面或塔基区域底板上。探火管末端通过三通一头连接探火管压力表,一端连接压力信号反馈装置。如图1所示。
图 1 塔基柜及变流器柜探火管布置示意图
3.3.2 机舱电气区域配置方案
探火管在机舱控制柜内部呈S形敷设,靠近易于发生火患的部位的正上方,距离不应大于600mm,探火管的弯曲半径不宜小于其外径的15倍,探火管之间的距离不应大于1.0米。灭火剂存储容器上装有压力表,通常灭火剂储存容器挂在柜体侧面或塔基区域底板上。探火管末端通过三通一头连接探火管压力表,一端连接压力信号反馈装置。如图2所示。
图 2 机舱控制柜火探布置示意图
3.3.3 机舱刹车盘、齿轮箱及电缆线槽配置方案
探火管由机舱下方走线到齿轮箱、液压站、位置润滑油防护点及电缆线槽及接头位置、火探管布置在易着火点的上方,一旦发生火灾,火探管在受热处爆破,点对点灭火。